[发明专利]用于控制二氧化碳生物转化法中的有机酸比率的方法

说明书

一种方法包括向生物反应器提供包含CO₂的气态底物；向生物反应器提供产乙酸菌和培养基以提供发酵液；通过一种或多种钠离子源向生物反应器提供钠离子；用发酵液中的产乙酸菌发酵气态底物以产生一种或多种有机酸；和通过控制发酵液的pH来控制丁酸/乙酸比。在一个方面，当发酵液的pH降低时丁酸/乙酸比提高，当发酵液的pH提高时丁酸/乙酸浓度比降低。所述产乙酸菌包括在生物反应器中的发酵过程中有活性的钠转运ATP酶。提供钠离子以使培养液中的Na⁺保持在1000至11000 ppm(g/g)之间。

本申请要求2020年1月29日提交的美国临时申请No. 62/967,220的权益，其全文经此引用并入本文。

提供了一种用于控制二氧化碳生物转化法中的有机酸比率的方法。更具体地，该方法包括向产乙酸菌提供含二氧化碳的气体料流并保持提供所需有机酸比率的pH水平。该方法提供高水平的二氧化碳转化、氢气的利用和有机酸（包括丁酸）的生产。

背景

二氧化碳的生成来自自然过程以及工业过程，包括化石燃料如煤、石油和天然气的燃烧。部分由于工业过程，大气二氧化碳浓度持续增长。这些二氧化碳浓度增长可能促成大气变化，从而导致气候变化和全球变暖。二氧化碳由于其高度氧化状态而难以在生物过程中利用。

除了二氧化碳，许多工业过程也导致产生氢气。氢气具有高水平的还原潜力。但是，氢气由于其非常易燃的性质而难以储存和利用。

可在氢气的帮助下将二氧化碳转化成有机酸的细菌发酵系统可以对尽量减少通过人类活动向环境释放二氧化碳的努力产生重大影响。

概述

一种方法包括向生物反应器提供包含CO₂的气态底物；向生物反应器提供产乙酸菌和培养基以提供发酵液；通过一种或多种钠离子源向生物反应器提供钠离子；用发酵液中的产乙酸菌发酵气态底物以产生一种或多种有机酸；和通过控制发酵液的pH来控制丁酸/乙酸比。在一个方面，当发酵液的pH降低时丁酸/乙酸比提高，当发酵液的pH提高时丁酸/乙酸浓度比降低。产乙酸菌包括在生物反应器中的发酵过程中有活性的钠转运ATP酶（sodium translocating ATPase）。提供钠离子以使培养液中的Na⁺保持在1000至11000ppm (g/g)之间。

在另一个方面，一种方法包括向生物反应器提供包含CO₂的气态底物；向生物反应器提供产乙酸菌和培养基以提供发酵液；通过一种或多种钠离子源向生物反应器提供钠离子；在发酵液中保持6或更低的pH；和用发酵液中的产乙酸菌发酵气态底物以产生一种或多种有机酸。在一个方面，在发酵液中保持6或更低的pH提供了0.2或更高的丁酸/乙酸浓度比。产乙酸菌包括在生物反应器中的发酵过程中有活性的钠转运ATP酶。提供钠离子以使培养液中的Na⁺保持在1000至11000 ppm (g/g)之间。

在另一个方面，一种方法包括向生物反应器提供包含CO₂的气态底物；向生物反应器提供产乙酸菌和培养基以提供发酵液；通过一种或多种钠离子源向生物反应器提供钠离子；在发酵液中保持6或更低的pH；和用发酵液中的产乙酸菌发酵气态底物以产生一种或多种含有3个或更多个碳原子的有机酸。产乙酸菌包括在生物反应器中的发酵过程中有活性的钠转运ATP酶。提供钠离子以使培养液中的Na⁺保持在1000至11000 ppm (g/g)之间。

附图简述

作为可详细理解本公开的上述特征的方式，可通过参考实施方案更特别地描述上文简要概述的本公开，其中一些实施方案在附图中进行说明。但是，要指出，附图仅图解本公开的典型实施方案，因此不应被认为限制其范围，因为本公开可能允许其它同等有效的实施方案。

图1图解使用CO₂和H₂在pH 5.4下借助伍氏醋酸杆菌（Acetobacterium woodii）的乙酸和丁酸生产。